KR101664326B1 - 열화감지 센서를 이용한 열화진단 기능을 갖는 수배전반 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 몰드 일체형으로 이루어진 열화감지 센서를 구성하고, 상기 열화감지 센서와 외부 모바일 기기와의 통신을 통해 수배전반의 상태를 확인할 수 있는 열화감지 센서를 이용한 열화진단 기능을 갖는 수배전반에 관한 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 열화감지 센서를 이용한 열화진단 기능을 갖는 수배전반은 수배전반 내부에 설치되어 온도를 검출하는 열화감지 센서 및 상기 열화감지 센서와 통신망을 통해 통신을 수행하여 상기 수배전반의 내부상태를 표시하는 모바일 기기를 포함하고, 상기 열화감지 센서는 상기 수배전반 내부의 대상 지점을 적외선으로 촬영하는 열화감지모듈; 상기 열화감지모듈에서 촬영된 적외선 영상을 구획하여 구분하고, 구획된 영역의 온도를 검출하는 필터모듈; 상기 필터모듈에서 검출된 각각의 영역에 대한 정상상태의 기준 온도와 일정 주기의 스케줄에 의해 검출된 측정 온도가 저장되는 메모리; 상기 메모리에 저장된 기준 온도 및 측정 온도를 비교 판단하여 상기 측정 온도가 상기 기준 온도의 오차 범위에 속하는지를 판단하고, 상기 판단된 결과 상기 측정 온도가 상기 기준 온도의 오차 범위를 초과하는 경우, 제어신호를 출력하는 제어모듈; 상기 제어모듈에서 출력되는 제어신호를 통신망을 통해 수배전반 관리 애플리케이션이 설치된 모바일 기기로 전송하는 통신 인터페이스; 및 상기 제어모듈에서 출력되는 제어신호에 차단기 트립 신호가 포함된 경우, 상기 수배전반의 차단기로 트립 신호를 전송하는 차단기 인터페이스를 포함하여 이루어지며, 상기 열화감지 센서는 3차원 형상의 몰딩 표면에 집적되어 설치된 것을 특징으로 한다.
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Description
본 발명은 열화감지 센서를 이용한 열화진단 기능을 갖는 수배전반에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 몰드 일체형으로 이루어진 열화감지 센서를 구성하고, 상기 열화감지 센서와 외부 모바일 기기와의 통신을 통해 수배전반의 상태를 확인할 수 있는 열화감지 센서를 이용한 열화진단 기능을 갖는 수배전반에 관한 것이다.
수배전반은 발전소 또는 변전소에서 공급하는 고압 또는 특고압 전기를 수전하여 이를 수용가에서 사용되는 전압으로 변환하여 부하설비로 배전하는 장치이다.
이러한 수배전반은 표면상으로는 큐비클이라는 칸막이 구조물로 되어 있으며, 수배전반의 내부에는 고압 개폐기, 계기용 변류기, 고압차단기, 변압기, 저압배전용차단기 등의 전력기기와 전력계통 보호 및 감시를 위한 보호계전기 및 계기 등의 전기 부품 등이 실장 되어 있다. 상기 큐비클 내부에는 전력기기 외에 전력 계통에 따라 전력기기 상호 간을 연결하는 부스바와 전력기기의 계측 및 감시를 위한 배선이 배치되어 있다.
그런데 이러한 수배전반은 외부로부터 전력을 공급받아 이를 분배하는 과정에서 내부에 설치된 각종 전기 기기로부터 열이 발생하게 된다. 뿐만 아니라 외부에 설치되어 운영되는 옥외형 수배전반의 경우, 태양열에 의한 함체 내부의 온도 상승을 더욱 가속시키게 된다.
특히, 모든 전기 공급은 전로를 통해서 이루어진다. 전로의 어떤 지점에서 나사의 풀림 현상 등에 의해 접촉저항이 증가되면 열이 발생하고 이 열에 의해 주위의 전선 피복이 녹고 절연 파괴로 인해 합선이 발생하며, 합선은 화재로 이어지게 된다. 이런 위험성 때문에 전기 관리자는 전기공급 계통의 나사 풀림 현상을 수시로 점검해야 하지만 수시로 감시하는 것 자체도 어려울 뿐만 아니라 이러한 점검은 전력을 차단한 상태에서 이루어지기 때문에 점검 자체가 불가능한 경우도 발생된다.
한편, 등록특허공보 제10-1095598호에는 적외선 온도센서를 이용한 수배전반 접속부 열화진단시스템이 개시되어 있다.
상기 종래 기술은 수배전반 내 접속부 온도 및 주위온도를 검출하는 온도센서모듈과, 상기 온도센서모듈의 자기진단을 통해 정상동작여부를 주기적으로 확인하고, 상기 온도센서모듈을 통해 기설정된 시간주기로 접속부 온도 및 주위온도를 측정하여 그 측정된 온도데이터를 이용하여 접속부 평균온도 및 주위 평균온도를 연산하며, 상기 연산된 접속부 평균온도와 주위 평균온도의 온도차를 연산하고 상기 접속부 평균온도가 기설정된 최고허용온도 범위를 초과하는지를 확인하며 상기 온도차가 기설정된 온도상승한도 범위를 초과하는지를 확인하여 그 확인결과에 따라 경보 또는 차단신호를 발생시키는 컨트롤러와, 상기 컨트롤러의 제어에 따라 상기 접속부 온도 및 주위 온도를 표시하며 경보메시지를 출력하고 수배전반 몸체의 외측면에 설치되는 터치스크린과, 상기 온도센서모듈로부터 출력되는 온도데이터를 수집하여 수배전반의 접속부 온도 및 열화추이에 대한 데이터 분석하고 그 분석결과를 활용하여 건전성 평가지수를 산출하는 건전성 평가부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
그러나 상기의 기술은 각각의 접속점에 대한 온도를 검출하는 온도센서모듈이 복수 개 구비되는 것으로서, 접속점마다 온도센서모듈의 설치가 요구되며, 각각 접속점에 검출된 평균온도와 주위 평균온도의 온도차를 연산하여 열화를 검출함에 따라 구현 알고리즘이 복잡한 단점이 있다. 또한 복수 개의 온도센서모듈을 구비함에 따라 설치비용이 증가되고, 유지/보수에 따른 인력 및 시간이 많이 소요되는 단점이 있다.
본 발명은 상기 종래 기술이 갖는 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 열화에 따른 온도를 검출하는 열화감지 센서의 화상 영역을 구획하여 하나의 열화감지 센서를 통해 복수의 접속점을 감시하되 각각 구획된 영역에서의 온도를 검출할 수 있는 열화감지 센서를 이용한 열화진단 기능을 갖는 수배전반을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 온도를 검출하는 열화감지 센서를 하나의 몰드에 구성하고, 회로 및 칩 등을 몰딩의 형상에 따라 몰딩의 내부 또는 표면에 구성하여 다양한 형상으로 구현되는 열화감지 센서를 이용한 열화진단 기능을 갖는 수배전반을 제공하는 데 있다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 열화감지 센서를 이용한 열화진단 기능을 갖는 수배전반은 수배전반 내부에 설치되어 온도를 검출하는 열화감지 센서 및 상기 열화감지 센서와 통신망을 통해 통신을 수행하여 상기 수배전반의 내부상태를 표시하는 모바일 기기를 포함하고, 상기 열화감지 센서는 상기 수배전반 내부의 대상 지점을 적외선으로 촬영하는 열화감지모듈; 상기 열화감지모듈에서 촬영된 적외선 영상을 구획하여 구분하고, 구획된 영역의 온도를 검출하는 필터모듈; 상기 필터모듈에서 검출된 각각의 영역에 대한 정상상태의 기준 온도와 일정 주기의 스케줄에 의해 검출된 측정 온도가 저장되는 메모리; 상기 메모리에 저장된 기준 온도 및 측정 온도를 비교 판단하여 상기 측정 온도가 상기 기준 온도의 오차 범위에 속하는지를 판단하고, 상기 판단된 결과 상기 측정 온도가 상기 기준 온도의 오차 범위를 초과하는 경우, 제어신호를 출력하는 제어모듈; 상기 제어모듈에서 출력되는 제어신호를 통신망을 통해 수배전반 관리 애플리케이션이 설치된 모바일 기기로 전송하는 통신 인터페이스; 및 상기 제어모듈에서 출력되는 제어신호에 차단기 트립 신호가 포함된 경우, 상기 수배전반의 차단기로 트립 신호를 전송하는 차단기 인터페이스를 포함하여 이루어지며, 상기 열화감지 센서는 3차원 형상의 몰딩 표면에 집적되어 설치된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 열화감지 센서는 열가소성 수지의 몰드에 레이저를 이용하여 선택적으로 패턴이 가공되도록 한 후 도금 공정이 수행된 상태에서, 상기 도금 공정 후 칩이 집적되어 제작된 몰드, 회로 및 상기 칩이 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 몰드는 상기 수배전반 내부에 상기 열화감지 센서가 배치되는 공간과 대응되는 형상으로 사출형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 수배전반 내부의 접속점에 대한 감시 영역을 구획하여 온도를 검출할 수 있으므로, 하나의 열화감지 센서를 이용하여 복수의 접속점에 대한 열화를 감지할 수 있으며, 구획된 영역을 구분하여 온도를 검출함에 따라 해당 접속점의 열화를 감시할 수 있는 장점이 있다.
또한, 열화감지 센서를 하나의 몰드 표면에 구성할 수 있게 되어 열화감지 센서를 초소형으로 제작할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열화감지 센서를 이용한 열화진단 기능을 갖는 수배전반의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 열화감지 센서를 이용한 열화진단 기능을 갖는 수배전반에 적용된 열화감지 센서의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 열화감지 센서를 이용한 열화진단 기능을 갖는 수배전반에서 열화감지 센서에 의해 촬영된 화상영역이 구획된 일 실시 예의 도면 대용 사진.
도 2는 본 발명에 따른 열화감지 센서를 이용한 열화진단 기능을 갖는 수배전반에 적용된 열화감지 센서의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 열화감지 센서를 이용한 열화진단 기능을 갖는 수배전반에서 열화감지 센서에 의해 촬영된 화상영역이 구획된 일 실시 예의 도면 대용 사진.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 몰드 일체형으로 이루어진 열화감지 센서를 구성하고, 상기 열화감지 센서와 외부 모바일 기기와의 통신을 통해 수배전반의 상태를 확인할 수 있는 열화감지 센서를 이용한 열화진단 기능을 갖는 수배전반에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 열화감지 센서를 이용한 열화진단 기능을 갖는 수배전반의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 열화감지 센서를 이용한 열화진단 기능을 갖는 수배전반에 적용된 열화감지 센서의 구성도이다.
첨부된 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 몰드 일체형 복합 센서가 적용된 수배전반은, 함체(10), 열화감지 센서(20) 및 모바일 기기(30)를 포함하여 구성된다.
상기 함체(10)는 수배전반을 이루는 기본 프레임을 포함하는 것으로서, 그 외측면에 패널을 결합하기 용이한 프레임으로 이루어질 수 있다. 상기의 함체(10)는 도면부호로 표시하지 않았으나 가로 방향으로 배치되어 설치되는 가로 프레임, 세로 방향으로 배치되어 설치되는 세로 프레임 및 수직 방향으로 배치되어 설치되는 수직 프레임을 포함하여 구성되며, 그 내부는 구획판에 의해서 복수의 구획 공간이 마련된다.
상기 함체(10)의 그 전후 일측 또는 양측에는 도어가 구비되고, 상기 구획 분리된 복수의 공간에는 고장구간 자동개폐기, 하측 공간에 형성된 변압기, 전면 공간에 구비되어 전원을 단속하는 차단기와 배선용 차단기, 후방 상부에 형성된 파워퓨즈와 피뢰기 및 그 하부에 형성된 계기용 변압기를 포함하여 구성될 수 있다.
아울러, 상기 함체(10)의 내부는 고압측과 저압측을 구분 짓도록 소정의 두께를 갖는 격벽으로 구획될 수 있으며, 상기 함체(10)를 이루는 벽체는 고단위 흡음단열재를 이용하여 소음을 줄이도록 형성될 수 있다. 또한, 함체(10)에는 함체(10)의 전방 하측에 형성된 인입구로부터 상기 함체(10)의 상부에 형성된 절연성 커넥팅 부재와 고정부재를 통해 고장구간 자동개폐기의 입력측 단자가 연결 접속되어 있다. 상기 고장구간 자동개폐기의 출력측 단자에는 연결용 케이블이 피뢰기와 한류형 파워퓨즈 및 계기용 변압변류기를 통해 변압기의 고압측으로 고압의 전기가 인가되도록 설치된다.
상기와 같이 구성된 수배전반에서, 전력기기의 접속부 및 지지부 등은 절연체에 의해 피복되는 데, 상기 절연체는 사용연수와 설치 환경 및 운전조건에 따라서 열화 또는 기계적 손상이 발생된다. 이와 같이 절연체의 손상이 진행되면 고압방전현상에 의하여 손상의 정도가 단기간에 심화되고 계속 방치할 경우 아크가 발생하면서 절연파괴 및 화재로 이어질 수 있다.
이에 더하여, 외부의 진동 즉, 지진 등과 같은 외력에 의해 접속부의 단락, 단선 등이 발생될 수 있다.
상기 열화감지 센서(20)는 절연파괴에 의한 열화의 원인을 제공하는 온도를 검출하여 사용자의 모바일기기(30)로 검출 정보를 제공하는 것으로서, 적외선으로 영상을 촬영하는 열화감지모듈(100), 필터모듈(200), 메모리(300), 제어모듈(400), 통신 인터페이스(500) 및 차단기 인터페이스(600)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 상기 열화감지 센서는 대상 지점이 다수인 경우 복수 개 설치될 수 있다.
여기서, 상기 열화감지를 검출하는 대상 지점은 버스바, 변압기 및 차단기 등의 접속지점으로 이루어질 수 있다.
상기 열화감지모듈(100)은 수배전반 내부 대상 지점을 적외선으로 촬영하는 기능을 수행하는 것으로서, 적외선 영상을 촬영하는 IR 카메라(infrared ray camera) 등으로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 열화감지모듈(100)은 적외선 촬영모듈을 포함하여 진동검출모듈 또는 아크에 의한 전자파를 검출할 수 있는 전자파검출모듈도 더 포함될 수 있다.
진동은 수배전반의 외부에서 인가되는 흔들림을 의미하는 것으로서, 지진(earthquake)이 대표적인 진동으로 볼 수 있다. 진동검출모듈은 지진을 검출하는 기능을 수행하는 것으로서, 진동센서에 의해 측정된 진동신호를 센서입력단을 통해 입력받아 저장하며, 상기 진동신호의 패턴이나 세기를 검출하여 출력되게 한다.
아크는 전기가 공간을 통과할 때 발생하는데, 전기가 주변의 먼지, 잔해 및 습기를 전도 매체로 사용하여 손상된 절연 경로를 흐를 때, 또는 전기가 고전압 송전선에서 누출되어 전기 접속의 갭을 건너뛰어 무선 신호를 생성할 때 발생한다. 상기와 같은 아크가 발생되는 경우, 고장 전류의 높은 온도 때문에 고장 전류가 유도되어 전력계통에 많은 손상을 초래하게 된다. 여기서, 아크 고장 전류의 크기는 아크의 저항과 접지 귀로의 임피던스에 의해 제한된다. 이에, 낮은 수준의 고장 전류는 아크 고장 근처에 설치된 과전류 장치를 즉시 트립시키기에는 역부족이라서 아크 고장의 증폭을 초래하게 되며, 증폭된 아크는 전력계통의 손상을 키운다.
이러한 아크의 발생은 전자파를 생성하게 되며, 이러한 아크에 의해 발생된 전자파를 검출하는 전자파 검출모듈을 통해, 아크를 검출할 수 있게 된다.
상기 필터모듈(200)은 상기 열화감지모듈(100)에서 촬영된 적외선 영상을 구획하여 구분하고, 각각으로 구획된 영역의 온도를 검출한다.
상기 열화감지모듈(100)에서 촬영된 적외선 영상에는 열화감지 대상 지점을 포함한 그 주변 영역도 존재한다. 즉, 대상 지점과 열화감지모듈(100) 사이의 이격 거리에 따라서 촬영된 영상에는 열화감지 대상을 포함한 그 주변 영역의 범위가 달라진다. 이때, 버스바의 각 상간 접속지점과 같이, 열화검출을 위한 대상 지점이 서로 근접하여 설치되는 경우에는 어느 하나의 대상 지점을 독립적으로 촬영하여 검출할 수 없는 문제점이 발생된다.
이에, 본 발명에서는 상기 열화감지모듈(100)에서 촬영된 적외선 영상에 복수 개의 대상물(접속점)이 포함된 경우, 상기 촬영된 영상에서 대상물 각각에 대해 상기 대상물을 포함하는 복수 개의 영역으로 구획하여 구분하고, 상기 구획된 영역에서 온도가 검출되도록 구성된다.
도 3은 본 발명에 따른 열화감지 센서를 이용한 열화진단 기능을 갖는 수배전반에서 열화감지 센서에 의해 촬영된 화상영역이 구획된 일 실시 예의 도면 대용 사진이다.
첨부된 도 3을 참조하면, 촬영된 화상영역은 3개의 접속점을 기준으로 3구역으로 구획된다. 즉, 구획된 하나의 영역에 1개의 접속점을 가지도록 제1 영역(201), 제2 영역(202) 및 제3 영역(203)으로 구획되어 각각의 구획된 영역에서 온도를 검출하게 된다.
상기 메모리(300)는 상기 필터모듈(200)에서 각 구획된 각 영역별로 검출된 측정 온도 및 각 영역에 대한 정상상태의 기준 온도가 저장 관리된다.
예를 들어, 제1 영역(201)에 저장 관리되는 기준 온도와 측정 온도는 제2 영역(202)에 저장 관리되는 기준 온도와 측정온도가 상이할 수 있다.
이때, 상기 기준 온도는 수배전반의 정상상태인 경우에 검출되어 저장된 온도로서, 상기 필터모듈(200)을 통해 검출된 온도 또는 사용자의 입력에 의해 설정된 온도로 구성될 수 있다. 또한, 상기의 측정 온도는 수배전반의 가동 중, 일정 주기의 스케줄에 의해 상기 열화감지모듈(100) 및 필터모듈(200)에 의해서 검출된 온도이다. 여기서, 상기 측정 온도는 새로운 측정 온도가 입력되는 경우 기 저장된 측정 온도는 삭제되고, 새로운 측정 온도로 갱신된다.
상기 제어모듈(400)은 상기 메모리(300)에 저장된 기준 온도 및 측정 온도를 비교 판단하여 상기 측정 온도가 상기 기준 온도의 오차 범위에 속하는지를 판단하고, 상기 판단된 결과 상기 측정 온도가 상기 기준 온도의 오차 범위를 초과하는 경우, 제어신호를 출력하는 기능을 수행한다.
이때, 상기의 오차 범위는 정상 범위, 허용 범위, 알람 범위 및 위험 범위로 세분화될 수 있으며, 제어신호는 상기 세분화된 오차 범위에 따라 제어신호가 출력되게 구성된다. 예를 들어, 오차 범위가 정상 범위 및 허용 범위인 경우에는 제어신호가 발생되지 않도록 구성되며, 알람 범위인 경우에는 알람 메시지를 출력하도록 구성되고, 위험 범위인 경우에는 경고 메시지와 차단기 트립신호를 출력하도록 구성될 수 있다.
상기 허용 범위는 주변 온도에 따라 열화에 의한 고장을 발생시키지 않는 최대 허용 온도이다.
설계 조건에 따라서, 상기의 제어모듈(400)은 상기 측정 온도와 상기 기준 온도의 오차 범위가 정상범위에 있는 경우, 상기 측정 온도와 기준 온도에 대한 평균 온도를 산출하고, 산출된 평균 온도를 기준 온도로 하여 상기 메모리(300)에 저장하도록 구성될 수 있다.
상기 통신 인터페이스(500)는 상기 제어모듈(400)에서 출력되는 메시지(알람 메시지 또는 경고 메시지)를 통신망을 통해 수배전반 관리 애플리케이션이 설치된 모바일 기기로 전송하는 기능을 수행하는 것으로서, 통신망에 접속된 상태에서 사용자 모바일 기기로 메시지를 전송하게 된다.
상기 차단기 인터페이스(600)는 상기 제어모듈(400)에서 출력되는 제어신호에 차단기 트립 신호가 포함된 경우, 상기 수배전반의 차단기로 트립 신호를 전송하는 기능을 수행한다. 이에, 상기 차단기에 트립 신호가 전송되면, 차단기는 트립 신호에 의해 동작되어 전력을 차단하게 된다.
한편, 상기 모바일 기기(30)는 사용자(관리자)의 이동통신 단말기로서, 상기 모바일 기기(30)에는 수배전반 관리 애플리케이션이 설치됨에 따라 상기 수배전반 관리 애플리케이션이 설치될 수 있는 스마트폰, PDA 등으로 구성될 수 있다.
이와 같은 모바일 기기(30)는 통신망에 접속된 상태에서, 상기 열화감지 센서(20)로부터 전송된 메시지를 수신하여 표시한다.
여기서, 상기 수배전반 관리 애플리케이션은 안드로이드(android) 또는 아이오에스(iOS) 등의 운영체제에 설치되어 동작 가능한 소프트웨어로 제작될 수 있다.
이와 같이 구성된 열화감지 센서의 제조 공정을 개략적으로 살펴보면, 열가소성 수지로 구성된 몰드에 레이저를 이용하여 선택적으로 패턴이 가공되도록 한 후 도금 공정이 수행된 상태에서, 상기 도금 공정 후 칩이 집적되어 제작된다. 이에 따라, 몰드, 회로 및 상기 칩이 일체로 형성된다.
상기의 공정을 좀 더 상세히 설명한다.
상기 열화감지 센서를 제조하는 공정은 사출 공정, 레이저 패턴 형성 공정, 도금 공정 및 SMT(Surface Mount Technology) 공정을 포함하여 구성된다.
1. 사출 공정
사출 공정은 수배전반 내부에 열화감지 센서가 배치되는 공간과 대응되는 형상으로 몰드를 사출하는 공정이다.
사출물인 몰드는 열가소성수지(thermoplastics)가 사용될 수 있으며, 플라스틱 사출성형이 가능한 여러 종류의 폴리머가 사용될 수 있다. 일 예로, 반방향족 폴리아미드(semi-aromatic polyamide; PA6/6T), 열가소성 폴리에스테르(Thermoplastic ester; PBT, PET), 가교구조의 PBT(Crosslinked Polybutylenterephatalate), 액정 폴리머(Liquid Crystal Polymer), 폴리카보네이트 등이 사용될 수 있다.
상기의 사출물에는 레이저 반응제가 포함된다.
상기 레이저 반응제는 휠러 및 금속성분을 포함한다. 바람직하게는 유기금속(metallorganic)이나 중금속성분이 사용될 수 있으며, 레이저에 의해서 물리-화학적 반응을 거쳐 금속성분이 다른 원자 결합으로부터 분리되어 레이저가 통과한 부분에 잔류할 수 있다.
사출성형에 의해서 사출물과 같은 3차원 성형물이 형성되며, 그 형상은 수배전반에 복합 센서가 배치되는 공간의 형상에 대응되어 사출된다.
2. 레이저 패턴 형성 공정
레이저 패턴 형성 공정은 레이저를 이용하여 사출물인 몰드의 표면에 소정의 패턴을 형성하는 단계이다.
상기의 레이저는 미리 프로그램된 패턴 경로를 따라 움직이며, 패턴의 형상 및 굵기에 따라 일정 구간을 반복하여 이동하거나 일정 경로를 따라 동작되도록 구성된다. 이때, 부분적으로 절곡되거나 돌출되어 3차원적으로 형성된 몰드에 레이저가 통과할 때에는, 플라스틱 사출물을 잡고있는 지그를 플라스틱 사출물과 함께 회전시키거나 이동시켜 3차원으로 형성된 부분에 레이저가 효과적으로 조사되도록 구성될 수 있다. 설계 조건에 따라서 레이저를 3차원으로 이동시켜 패턴을 형성시키도록 구성될 수도 있다.
상기 레이저로는 UV 레이저, 엑시머 레이저 또는 UV 방사체로부터의 전자기 방사가 사용될 수 있다.
여기서, 상기 레이저가 통과한 표면에서, 금속성분과 연결된 원자결합은 해체되며, 주변 원자는 물리적 반응 또는 화학적 반응을 통해 금속성분을 남긴 채 주변의 다른 성분과 반응할 수 있다. 일부는 증발할 수 있으며, 일부는 다른 원자와 결합하여 다른 분자를 형성할 수도 있다. 일반적으로 증발을 통해 표면의 일부 성분이 제거되며, 금속성분만 잔류할 수가 있다.
상기의 공정을 통해 휠러는 몰드 표면에 가해진 UV 방사에 의해 분해되지 않기 때문에 수지 일부만 제거되고, 휠러는 노출된다. 즉, 레이저 패턴 형성 공정에 의해서 레이저-반응제의 금속성분이 일정 패턴에만 노출된다.
3. 도금 공정
상기 레이저 패턴 형성 공정에 따라 금속 성분이 노출된 패턴에 도막을 형성하는 단계로서, 도금 공정은 동 스트라이크(strike) 공정, 동 도금 공정 및 니켈 도금 공정으로 세분화되며, 무전해 도금으로 이루어진다.
상기 동 스트라이크 공정은 사출물인 몰드에 회로 패턴 상의 도막을 형성하는 단계이다.
여기서, 동 스트라이크 공정에 사용되는 도금액은 순수(DI Water) 750 ~ 780ml/l에, 동 건욕 및 보충제(QP-50-Cu-A) 90 ~ 100ml/l, 알칼리 보충제(QP-50-Cu-B) 70 ~ 90ml/l, 착화제(QP-50-Cu-C) 30 ~ 50ml/l 및 안정제(QP-50-Cu-안정제) 2 ~ 4ml/l를 혼합하여 구성될 수 있다.
상기와 같이 구성된 도금액에 몰드를 40 ~ 70℃의 온도에서 20분 ~ 30분간 침지하여 도금 공정이 이루어진다.
이때, 상기 동 건욕 및 보충제(QP-50-Cu-A)는 황산구리(Copper sulfate) 6 ~ 12중량부, 포름알데히드(HcHo) 5 ~ 7 중량부, 폴리에틸렌 글리콜(Polyethylen Glycol) 1 ~ 1.5 중량부, 안정제0.01 ~ 0.02중량부, 물 78 ~ 80 중량부로 구성될 수 있으며, 상기 알칼리 보충제(QP-50-Cu-B)는 수산화나트륨(NaOH) 40 ~ 50중량부, 안정제 0.01 ~ 0.02 중량부, 물 50 ~ 60중량부로 구성될 수 있다.
또한, 상기 착화제(QP-50-Cu-C)는 에데트산염(EDTA-4NA) 20 ~ 25중량부, 안정제 0.01 ~ 0.02중량부, 물 75 ~ 80중량부로 구성되며, 상기 도금액의 안정제(QP-50-Cu-안정제)는 시안화칼륨(Potassium cyanide) 3 ~ 5중량부, 수산화나트륨(NaOH) 5 ~ 10중량부, 순수(DI water) 85 ~ 90중량부로 구성될 수 있다.
동 도금 공정은 상기 니켈 도금 공정에 스트라이크 단계에서 형성된 도막에 동 도금을 균일한 두께로 형성하는 단계이다.
상기 동 도금 공정에서 사용되는 도금액은 순수 850 ~ 860ml/l에, 동 건욕 및 보충제(QP-85-Cu-A) 55 ~ 65ml/l, 알칼리 보충제(QP-85-Cu-B) 55 ~ 65ml/l, 착화제(QP-85-Cu-C) 15 ~ 20ml/l, 안정제(QP-85-Cu-안정제) 0.1 ~ 0.2ml/l 및 포름알데히드(HcHo) 8 ~ 10ml/l를 차례로 혼합하여 구성되며, 상기와 같이 구성된 도금액에 몰드를 43 ~ 48℃의 온도에서 0.5 ~ 0.7㎛/10분의 석출속도로 침지하여 이루어진다.
상기 니켈 도금 공정은 회로 패턴에 니켈 금속막을 형성하는 단계이다.
이 단계에서의 도금액은 순수 또는 이온교환수 750 ~ 780ml/l를 기계교반 또는 공기교반하면서, 여기에 제 1 무전해 니켈도금액(QP60 Ni-A) 55 ~ 60ml/l 및 제2 무전해 니켈도금액(QP60 Ni-B) 140 ~ 150ml/l를 혼합하여 구성된다.
그리고 상기 도금액을 온도 57 ~ 80℃ (바람직하게는 65℃), pH 5.5 ~ 6(바람직하게는 6), 금속니켈농도 5.0~ 6.0g/ℓ(바람직하게는 5.8g/ℓ)로 조절하여 상기 몰드를 침지하여 이루어진다.
이때, 상기 몰드의 침지가 행하여지는 탱크는 폴리프로필렌, FRP 또는 테프론 재질의 탱크이거나, 이것들로 코팅된 탱크, 또는 스테인리스 재질의 탱크를 사용할 수 있다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 무전해 니켈도금액(QP60 Ni-A, QP60 Ni-B)은 연속보급에 의한 장기 사용이 가능하고, 욕 안정성에 우수하므로 용이한 욕 관리가 가능하다는 특징이 있다.
또한, 상기 제1 무전해 니켈 도금액의 건욕시 석출속도는 5 ~ 6㎛/hr로 저응력으로 평활성이 우수하고, 인함유율은 3 ~ 6 중량부로 이루어지며, 상기 무전해 니켈도금액(QP60 Ni-A)은 황산니켈(Nickel sulfate) 15 ~ 30중량부, 안정제(Stabilizers) 1 ~ 10중량부 및 물 70 ~ 80중량부로 구성되며, 상기 제 2 무전해 니켈도금액은 암모니아 1 ~ 10 중량부, 차아인산염(Hypophosphite) 10 ~ 20중량부, 안정제 10 ~ 20중량부 및 순수 70 ~ 80중량부로 구성된다.
4. SMT 공정
SMT(Surface Mount Technology) 공정은 회로가 형성된 몰드에 부품(반도체, 다이오드, 칩)을 장비를 이용하여 자동 실장하는 공정으로서, 부품의 전기적 접속을 위하여 본드(Bond)나 Cream Solder 등으로 몰드에 접합하는 공정이다.
본 발명에 의하면, 수배전반 내부의 빈공간 형상과 대응되는 형상으로 열화감지 센서를 구성할 수 있으므로, 열화감지 센서가 설치되는 수배전반 내부의 공간 확보가 용이하고, 몰드의 표면에 센서를 구성할 수 있게 되어 열화감지 센서를 초소형으로 제작할 수 있는 장점이 있다.
아울러, 열화감지 센서에서 사용자의 모바일 기기로 수배전반의 상태를 전송함에 따라, 수배전반의 내부 상태 변화를 수시로 확인할 수 있어 수배전반의 오동작 및 결함을 미연에 확인하거나 방지할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.
10: 함체 20: 열화감지 센서
30: 모바일 기기 100: 열화감지모듈
200: 필터모듈 300: 메모리
400: 제어모듈 500: 통신 인터페이스
600: 차단기 인터페이스
30: 모바일 기기 100: 열화감지모듈
200: 필터모듈 300: 메모리
400: 제어모듈 500: 통신 인터페이스
600: 차단기 인터페이스
Claims (3)
- 수배전반 내부에 설치되어 온도를 검출하는 열화감지 센서 및 상기 열화감지 센서와 통신망을 통해 통신을 수행하여 상기 수배전반의 내부상태를 표시하는 모바일 기기를 포함하는 수배전반에 있어서,
상기 열화감지 센서는,
상기 수배전반 내부의 대상 지점을 적외선으로 촬영하는 열화감지모듈;
어느 하나의 대상 지점을 독립적으로 검출할 수 없이 열화검출을 위한 대상 지점이 서로 근접하여 설치되는 경우, 상기 열화감지모듈에서 촬영된 적외선 영상에서 대상물 각각에 대해 상기 대상물을 포함하는 복수 개의 영역으로 구획하여 구분하고, 구획된 영역의 온도를 검출하는 필터모듈;
상기 필터모듈에서 검출된 각각의 영역에 대한 정상상태의 기준 온도와 일정 주기의 스케줄에 의해 검출된 측정 온도가 저장되되, 상기 측정 온도는 새로운 측정 온도가 입력되는 경우 기 저장된 측정 온도는 삭제되고 새로운 측정 온도로 갱신되는 메모리;
상기 메모리에 저장된 기준 온도 및 측정 온도를 비교 판단하여 상기 측정 온도가 상기 기준 온도의 오차 범위에 속하는지를 판단하고, 상기 판단된 결과 상기 측정 온도가 상기 기준 온도의 오차 범위를 초과하는 경우, 제어신호를 출력하는 제어모듈;
상기 제어모듈에서 출력되는 제어신호를 통신망을 통해 수배전반 관리 애플리케이션이 설치된 모바일 기기로 전송하는 통신 인터페이스; 및
상기 제어모듈에서 출력되는 제어신호에 차단기 트립 신호가 포함된 경우, 상기 수배전반의 차단기로 트립 신호를 전송하는 차단기 인터페이스;
를 포함하여 이루어지며,
상기 열화감지 센서는 3차원 형상의 몰딩 표면에 집적되어 설치되되,
상기 열화감지 센서는,
열가소성 수지의 몰드에 레이저를 이용하여 선택적으로 패턴이 가공되도록 한 후 도금 공정이 수행된 상태에서, 상기 도금 공정 후 칩이 집적되어 제작된 몰드, 회로 및 상기 칩이 일체로 형성되며,
상기 열화감지 센서의 제조는,
상기 열화감지 센서가 배치되는 수배전반 내부의 공간과 대응되는 형상으로 몰드를 사출하는 사출공정,
레이저를 이용하여 사출물인 몰드의 표면에 소정의 패턴을 형성하는 레이저 패턴 형성 공정,
상기 레이저 패턴 형성 공정에 따라 금속 성분이 노출된 패턴에 도막을 형성하는 도금 공정, 및
회로가 형성된 몰드에 반도체, 다이오드 및 칩을 포함하는 부품을 실장하여 상기 부품의 전기적 접속을 이루는 SMT(Surface Mount Technology) 공정으로 이루어지되,
상기 사출공정에서,
사출물인 상기 몰드에는, 휠러 및 금속성분을 포함하는 레이저 반응제가 포함되며,
상기 레이저 패턴 형성 공정에서,
상기 레이저는 미리 프로그램된 패턴 경로를 따라 움직이며, 패턴의 형상 및 굵기에 따라 일정 구간을 반복하여 이동하거나 일정 경로를 따라 동작되도록 구성됨을 통해 레이저-반응제의 금속성분이 일정 패턴에만 노출되도록 하며,
상기 도금 공정은,
순수 750 ~ 780ml/l에, 동 건욕 및 보충제 90 ~ 100ml/l, 알칼리 보충제 70 ~ 90ml/l, 착화제 30 ~ 50ml/l 및 안정제 2 ~ 4ml/l를 혼합하여 구성되는 도금액에 상기 몰드를 40 ~ 70℃의 온도에서 20분 ~ 30분간 침지하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열화감지 센서를 이용한 열화진단 기능을 갖는 수배전반.
- 청구항 1에 있어서,
상기 동 건욕 및 보충제는,
황산구리 6 ~ 12중량부, 포름알데히드 5 ~ 7 중량부, 폴리에틸렌 글리콜 1 ~ 1.5 중량부, 안정제0.01 ~ 0.02중량부, 물 78 ~ 80 중량부로 구성되며,
상기 알칼리 보충제는,
수산화나트륨 40 ~ 50중량부, 안정제 0.01 ~ 0.02 중량부, 물 50 ~ 60중량부로 구성되며,
상기 착화제는,
에데트산염 20 ~ 25중량부, 안정제 0.01 ~ 0.02중량부, 물 75 ~ 80중량부로 구성되며,
상기 안정제는,
시안화칼륨 3 ~ 5중량부, 수산화나트륨 5 ~ 10중량부, 순수 85 ~ 90중량부로 구성되는 것을 특징으로 하는 열화감지 센서를 이용한 열화진단 기능을 갖는 수배전반.
- 청구항 1에 있어서,
상기 오차 범위는,
정상 범위, 허용 범위, 알람 범위 및 위험 범위로 세분화되며,
상기 제어신호는 상기 세분화된 오차 범위에 따라 제어신호가 출력되게 구성되되, 오차 범위가 정상 범위 및 허용 범위인 경우 제어신호가 발생되지 않도록 구성되며, 알람 범위인 경우 알람 메시지를 출력하도록 구성되고, 위험 범위인 경우 경고 메시지와 차단기 트립신호를 출력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 열화감지 센서를 이용한 열화진단 기능을 갖는 수배전반.
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